一种生物炭基氮肥的特征及其对土壤作物的效应研究

生物炭作为土壤改良剂和碳汇剂在国内外成为研究热点。然而，大部分生物炭在土壤上施用会导致一个季节或多个季节内作物生长受抑制或减产。因此，生物炭与肥料复合成为生物炭农林应用的必然趋势。氮肥是作物生产中消费量、环境风险最大的肥料。因此，该研究通过几种工艺将生物炭与硝酸铵氮肥复合，并采用实验室测试分析、温室生物肥效实验及土壤植物样品分析研究了生物炭基氮肥的理化特征、养分释放特征及其对土壤作物的效应，主要取得以下研究结果及结论： 1.生物炭性质及特征表征表明：①竹炭1、2及木炭为传统工艺制备，为块状和颗粒状，其微观结构为蜂窝状微孔结构；生物热裂解工艺制备的混合锯末屑生物炭和苹果枝木屑生物炭也呈现网状和管状孔隙结构，为残留变形的植物维管束细胞及木质部细胞壁形成。生物炭的这种微观孔隙结构是生物炭具有较大比表面积和较高吸附性能的原因之一，也是生物炭吸附养分、水分及微生物栖息的空间场所。②五种生物炭主要由C、O、H组成，灰化后其灰分中含有钙、镁、钾、钠等碱金属离子。③五种生物炭pH值均大于7，呈碱性。 2.生物炭基氮肥理化特征及养分释放特征评价表明：①采用吸附型工艺和反应型工艺制备的生物炭基氮肥呈现不同的养分吸持机制，吸附工艺制备的竹炭基氮肥和木炭基氮肥是载体生物炭对氮肥的物理吸附作用，吸附过程中未发生化学官能团结构改变；通过AB和BA反应工艺制备的竹炭基氮肥有化学反应发生，对养分吸持力优于吸附工艺；AB反应工艺的竹炭基氮肥载体竹炭对氮肥吸持力小于BA反应工艺制备的竹炭基氮肥载体竹炭对氮素养分的吸持力。②载体生物炭负载氮肥后其pH值均显著下降，接近中性，这缘于硝酸铵氮肥是强酸弱碱盐。③四种生物炭基氮肥均呈现较好的养分缓释效果，反应工艺制备的竹炭基氮肥养分控释效果优于吸附工艺制备的竹炭基氮肥和木炭基氮肥的养分缓释效果。④反应工艺BA制备的竹炭基氮肥控释效果优于反应工艺AB制备的竹炭基氮肥，这与其各自吸持机理差异有关。 3.生物炭基氮肥对土壤性质的影响研究表明：①在一定土壤水吸力情况下，生物炭、生物炭基氮肥均可提高土壤持水性能，且随着用量增加而增大，但超过一定用量（本研究用量在80t/hm2时）反而会降低土壤持水性能，这与生物炭用量过大导致土壤导水大孔隙占主导作用有关。②生物炭及生物炭基氮肥对质地较重的壤土可增大土壤通透性，促进土壤水分入渗；对质地较轻砂土会降低通透性，抑制水分入渗；随着生物炭、生物炭基氮肥用量增大，两种不同质地土壤水分渗透率均逐渐减小。③生物炭及生物炭基氮肥均能显著提高土壤有机碳含量，其中竹炭基氮肥、木炭基氮肥还能显著提高土壤CEC、速效磷、速效钾、矿质态氮含量；而施用竹炭、木炭却降低了土壤有效氮水平。④生物炭与生物基氮肥均可调节土壤pH值和容重，使土壤pH值升高，容重减小，施两生物炭基氮肥的土壤pH升高低于单施生物炭的，即生物炭基氮肥更适合石灰性土壤。 4.生物炭基氮肥的生物肥效及养分利用率研究表明：①施用生物炭基氮肥在壤土和砂土上可显著促进小麦、糜子生长，并增产。而单施竹炭，在壤土上对糜子生长略有促进作用，但却抑制小麦生长，在砂土上相反；单施木炭，在壤土和砂土上对小麦生长略有促进作用，但抑制糜子生长。②生物炭基氮肥在壤土和砂土两种土壤上均能提高氮肥利用率，增加肥料养分在土壤中存留期，减少淋失等其他损失。